Modelagem, simulação e otimização de um reator de fluxo pistonado

Resumo

As pesquisas por fontes de energia renováveis estão cada vez mais crescentes atualmente, devido a uma possível escassez de combustíveis fósseis no futuro. Neste contexto, uma alternativa promissora de energia limpa é o tratamento de efluentes domésticos e industriais usando o processo de digestão anaeróbia em biorreatores, no qual microrganismos degradam a matéria orgânica complexa e a converte em biogás, hidrogênio e metano. O hidrogênio, comparado ao metano, tem seu interesse ainda mais acentuado, porque durante seu processo de combustão produz apenas água (2H2+O2 -2H2O). Nestes biorreatores acidogênicos, microrganismos degradam diferentes tipos de substratos e produzem hidrogênio e ácidos orgânicos. Entretanto, tão importante quanto conhecer o processamento experimental de produção de biogás, é importante também realizar a modelagem matemática para simular o processo em outros cenários e aumentar a escala. O modelo mais amplamente usado é o Anaerobic Digestion Model Number 1 (ADM1), proposto em 2002 pelo Task Group da International Water Association. Este modelo foi formulado para uma digestão anaeróbia completa, na qual o produto final é o metano. Entretanto, modificações foram feitas em sua estrutura para que seja capaz de simular o processamento em biorreatores acidogênicos. Portanto, mais estudos são necessários para que este modelo seja usado na simulação de biorreatores operados de forma contínua e com fluxo pistonado. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é discretizar o ADM1 e incorporar as equações de transferência de massa gás líquido para a simulação de um reator de fluxo pistonado chamado de reator anaeróbio de leito estruturado (Anaerobic Structured Bed Reactor - AnSTBR), o qual foi operado previamente em escala de bancada para a produção de biohidrogênio. (AU)